폴리카보네이트화학적 백본(-) 내에서 탄산염 작용기(−O−(C=O)−O−)로 구별되는 열가소성 폴리머 계열을 포함합니다. 이는 광학적 선명도, 치수 안정성 및 기계적 인성의 재료의 특징적인 조합을 부여하는 구조적 배열입니다. 폴리카보네이트 유형의 분류는 주로 세 가지 변수, 즉 분자량 분포, 공단량체 또는 혼합 중합체의 통합, 혼합 중에 사용되는 첨가제 패키지에서 나타납니다. 각각의 변형은 고유한 가공 특성과 최종 사용 특성을 생성하며, 현재 상업적으로 이용 가능한 등급은 MatWeb과 같은 글로벌 수지 데이터베이스 전체에 걸쳐 수천 개에 달하며, MatWeb에서는 6,100개가 넘는 개별 폴리카보네이트 제제를 분류하고 있습니다.
모두가 알고 있는 분명한 사실
일반-용도 폴리카보네이트-채워지지 않은 광학적으로 투명한 버전-은 사람들이 매일 접하는 대부분의 요소를 차지합니다. 휴대폰 케이스, 보안경, 물병. 빛 투과율은 약 88~90%로 광학 유리와 비슷합니다. 굴절률은 약 1.58-1.59입니다.
그러나 "일반 목적"은 상당한 변형을 가립니다. 여기서는 분자량이 매우 중요합니다. 저분자량 등급은 사출 성형 중에 물처럼 흐르며 충격 강도가 절벽에서 떨어지는 것을 깨닫기 전까지는 훌륭하게 들립니다. 고분자량 버전? 손톱만큼 단단하지만 처리하기에는 악몽입니다.-높은 용융 점도, 긴 사이클 시간, 장비 마모. 제조업체는 최종 제품이 반복적으로 떨어뜨려도 살아남아야 하는지 아니면 단지 유리 뒤에서도 예쁘게 보이도록 해야 하는지에 따라 수-평균 분자량을 20,000에서 70,000 이상으로 지정합니다.
자동차 헤드램프 렌즈 및 도광판과 같은 광학 등급에는 편광 선글라스를 통해 보면 모든 것이 이상하게 보이는 복굴절-응력-으로 인한 광학 왜곡을 제어해야 합니다. 자동차 OEM은 특정 결함에 대해 전혀 인내심을 갖지 않습니다.
유리-채워진 버전
폴리카보네이트에 유리섬유를 10~40% 첨가하면 개성이 확연히 달라집니다.
장점: 강성은 극적으로 증가하고, 열팽창은 감소하며, 크리프 저항은 상승된 온도에서 약 28 MPa 향상됩니다. 정밀 부품의 경우 치수 안정성이 실제로 신뢰할 수 있는 요소가 됩니다. 열팽창 계수는 금속의 계수에 가까워 플라스틱 부품을 알루미늄 프레임에 볼트로 고정할 때 중요합니다.
나쁜 점: 투명도에게 작별 인사를 하세요. 충격 강도-대부분의 사람들이 애초에 폴리카보네이트를 선택하는 이유는-큰 타격을 입기 때문입니다. 섬유는 응력 집중을 생성합니다. 한 부동산 세트를 다른 부동산 세트로 거래하고 있습니다.
이러한 등급은 특정 산업 분야에서 다이캐스트 알루미늄과 직접적으로 경쟁합니다.- 더 가볍고, 부식-방지가 되며, 더 저렴한 툴링입니다. 유리 로딩 비율은 균형을 맞추는 역할을 합니다. 20%는 적절한 인성을 유지하면서 약간의 강성 범프를 제공하고, 40%는 재료를 거동상 거의 금속성으로 바꾸지만 점점 부서지기 쉽습니다.
유리-로 채워진 PC는 도구를 파괴합니다. 연마성 섬유는 나사, 배럴, 금형 표면을 씹습니다. 유리-로 채워진 작업을 인용하는 사람은 유지 관리 중단 시간 및 장비 교체 주기를 더 잘 고려해야 합니다. 그렇지 않으면 돈을 잃을 것입니다. 그 점을 힘들게 배웠습니다.
PC/ABS 혼합
상업적으로 가장 성공적인 폴리카보네이트 파생물은 전혀 순수한 폴리카보네이트가 아닙니다.
PC/ABS 혼합물-일반적으로 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌과 합금된 60-90% 폴리카보네이트-는 PC의 내열성 및 강도와 ABS의 가공성 및 저온 연성을 결합합니다. 그 결과 생성된 재료는 일반 폴리카보네이트보다 흐름이 더 좋고, 더 낮은 온도에서 가공되며, 비용도 저렴합니다. 2022년까지 전 세계 수요는 450만 미터톤을 초과했습니다.
사무실을 둘러보세요. 노트북 하우징? 거의 확실하게 PC/ABS입니다. 베젤, 프린터 본체, 키보드 하우징을 모니터링합니다. 자동차 인테리어-계기판, 센터 콘솔, 인테리어 트림 부품. 이 소재는 적절한 내열성(약 110도), 우수한 충격 성능, 페인트나 텍스처링 후 보기 좋게 보이는 표면이 필요한 모든 곳에서 탁월합니다.
혼합 비율이 모든 것을 결정합니다. 폴리카보네이트 함량이 높을수록 내열성은 높아지지만 재료 비용과 가공 난이도가 높아집니다. ABS가 많을수록 흐름 특성이 향상되고 가격이 낮아지지만 열 성능은 희생됩니다. 엔지니어들은 특정 응용 분야에 맞게 이러한 비율을 최적화하고, 첨가제 패키지를 조정하고, 색상 안정성 및 표면 외관에 대한 DOE를 실행하는 데 실제 시간을 보냅니다.
사람들을 당황하게 만드는 한 가지 사실은 PC/ABS가 가수분해에 매우 민감하다는 것입니다. 80도-110도에서 3~4시간 동안 사전 건조하는 것은 선택사항이 아니라 필수입니다. 이를 건너뛰면 배럴에서 재료가 분해되고 분자량이 떨어지며 기계적 특성이 분화됩니다. 누군가가 건조 단계를 서두르기로 결정했기 때문에 전체 생산이 거부되는 것을 보았습니다.
난연성 등급
UL 94 등급은 특정 시장에서 매우 중요합니다.
표준은 HB(수평 연소, 최소 저항)부터 V-2, V-1, V-0, 최대 5VA(가장 엄격함)까지입니다. 범용 폴리카보네이트는 일반적으로 변형 없이 V-2 또는 HB를 달성합니다. 전기 인클로저, 데이터 센터 장비, 운송 부품과 같은 애플리케이션에는 V-0 이상이 필요한 경우가 많습니다.
이를 위해서는 규제 압력이 가중됨에 따라 백본에 공중합된 테트라브로모비스페놀 A와 같은 역사적으로 할로겐화 화합물인-첨가물이 필요하며, 최근에는 인-기반 또는 기타 할로겐이 없는 시스템이 필요합니다.{2}} 난연제 패키지는 광학 선명도(일반적으로 저하), 충격 강도(때때로 감소), 색상 안정성(종종 손상됨), 처리 창(더 좁음) 등 모든 것에 영향을 미칩니다.
Makrolon FR 및 LEXAN 9604와 같은 상표명이 이 분야를 지배하고 있습니다. 인증 프로세스에는 연소 테스트를 통과하는 것뿐만 아니라 모든 생산 로트, 색상 변형 및 두께 사양에 걸쳐 해당 등급을 유지하는 것도 포함됩니다. 3mm에서 V-0인 재료는 1.5mm에서 V-2에만 도달할 수 있으며 벽이 얇은 부품을 지정하는 고객은 두꺼운 인증 데이터에 관심이 없습니다.
안경산업과 PC의 복잡한 관계
굴절률이 1.59인 폴리카보네이트 렌즈는 흥미로운 사례 연구를 나타냅니다.
내충격성은 정말 탁월합니다.{3}}표준 CR-39 플라스틱보다 10배 더 뛰어나며, 어린이용 안경, 보안경, 빠른 속도로 얼굴에 부딪칠 수 있는 스포츠 용도에 적합합니다. 코팅 없이 UV 차단 기능이 내장되어 있습니다. 이 소재는 본질적으로 어린이 안경 시장에서 유리를 제거했습니다.
하지만.
광학적 선명도? 평범한. 아베 값-은 렌즈가 백색광을 무지개 줄무늬로 분산시키는 정도인 색수차의 척도입니다.-약 30입니다. 이는 일반적인 렌즈 소재 중 최악입니다. 사람들은 특히 주변 시야에서 색 줄무늬를 발견합니다. 굴절률이 더 높은-플라스틱(1.60-1.74)은 32-42의 아베 값을 제공합니다. 이는 더 얇아도 왜곡이 적다는 것을 의미합니다.
스크래치 방지는 정말 취약합니다. 폴리카보네이트는 부드럽습니다. 모든 렌즈에는 하드 코팅이 필요하므로 비용이 추가되고 잠재적인 실패 지점이 발생합니다.
업계에서는 프리미엄 애플리케이션을 위해 주로 Trivex로 전환했습니다.-유사한 충격 저항성, Abbe 값 43, 더 나은 긁힘 저항성. 폴리카보네이트는 파손 방지 기능이 광학적 완벽함을 능가하는 예산 및 아동용 안경의 주력 제품으로 남아 있습니다.
다중벽 시트: 완전히 다른 동물
이중-벽 및 다중벽 폴리카보네이트 패널은 사출 성형 부품과 완전히 다른 문제를 해결하므로 별도로 취급할 가치가 있습니다.-
수직 리브로 연결된 2개(또는 3개 또는 5개)의 얇은 폴리카보네이트 층이 시트 전체에 걸쳐 공기 채널을 생성하는 모습을 상상해 보세요. 에어 포켓은 6mm 이중 벽의 경우 1.6의 단열-R-값을 제공하고 16mm 구성의 경우 최대 2.5+를 제공합니다. R-1 정도의 단일-유리창과 비교해 보세요.
온실은 이런 것을 좋아합니다. 두께와 벽 수에 따라 빛 투과율은 74-80%입니다. UV 차단은 성장 촉진 파장을 통과시키면서 식물이 화상을 입지 않도록 보호합니다. 충격 저항은 우박이 구조물을 파괴하지 않는다는 것을 의미합니다. 평방 피트당 무게는 유리의 일부입니다.
두꺼운 다중벽 폴리카보네이트로 제작된 허리케인 패널은 폭풍 보호에 대한 마이애미-데이드 카운티 인증을 받았습니다. 투명하므로 벙커에 살지 않습니다. 설치에 특수 장비가 필요하지 않을 정도로 가볍습니다.
단점은? 가장자리 밀봉이 실패하면 먼지와 이물질이 수년에 걸쳐 채널로 이동할 수 있습니다. 플루트 내부의 조류 성장은 끔찍해 보입니다. 안정제에도 불구하고 이 소재는 UV 하에서 여전히 노란색으로 변하는데, 이는 고체 시트보다 더 느리게 나타납니다.
의료 및 식품-접촉 등급
표준 폴리카보네이트를 합성하는 데 사용되는 단량체인 BPA-비스페놀 A는{1}}식품 접촉 응용 분야에서 여전히 논란의 여지가 남아 있습니다.
FDA는 현재 노출 수준에서는 여전히 안전하다고 간주합니다. 유럽연합 집행위원회의 과학위원회도 이에 동의합니다. 그러나 소비자의 압력으로 인해 BPA-가 없는 대안이 개발되었으며, 여러 국가의 규제 기관에서는 특히 젖병에 대한 사용을 제한했습니다.
옵션에는 테트라메틸사이클로부탄디올과 같은 대체 비스페놀 또는 Eastman의 Tritan 코폴리에스터와 같은 완전히 다른 폴리머 제품군에서 합성된 폴리카보네이트가 포함됩니다. 의료용-등급 폴리카보네이트에는 BPA 고려 사항뿐만 아니라 감마선 안정성(멸균용), 생체 적합성 테스트 및 규제 업무 전문가를 울게 만드는 문서 추적도 필요합니다.
아이러니한 점은 산업용 애플리케이션-머신 가드, 전기 인클로저, 자동차 부품-BPA가 전혀 관련이 없다는 것입니다. 아무도 진압 방패를 먹지 않습니다.
높은-열 등급
표준 비스페놀 A 폴리카보네이트의 유리전이온도는 약 147도입니다. 높은 온도에서 지속적인 성능이 필요한 애플리케이션의 경우-엔진 열에 노출된 자동차 조명, 열원 근처의 전기 부품-마진이 충분하지 않을 수 있습니다.
트리메틸사이클로헥사논 비스페놀(TMC)을 포함하는 공중합체는 유리 전이를 최대 238도까지 끌어올립니다. Covestro의 Apec HT와 같은 상업용 등급은 TMC 함량에 따라 158도에서 205도까지의 Vicat 연화점을 제공합니다. 이 소재는 무정형으로 유지되고, 1mm 두께에서 약 90%의 빛 투과율을 유지하며, 노치 충격 강도가 표준 등급보다 다소 떨어지더라도 견고함을 유지합니다.{7}}
이것들은 프리미엄 가격을 요구합니다. 열 성능이 응용 분야에 실제로 중요하지 않은 한 높은-열 등급을 지정하지 않습니다. 왜냐하면 일반 용도에 비해 재료 비용이 2~3배 더 비싸기 때문입니다.
코팅 문제
폴리카보네이트의 거의 모든 한계로 인해 코팅 솔루션이 탄생했습니다.
긁힘 방지? 실리콘- 기반 또는 다이아몬드{1}} 유사 탄소(DLC) 하드 코팅은 유리에 가까운 2H-4H의 연필 경도를 달성합니다. 자외선 분해? 안정화된 공압출 층 또는 도포된 코팅은 실외 사용 수명을 2년에서 10~15년으로 연장합니다. 내화학성? 특수 코팅은 베어 PC를 공격하는 용제에 저항합니다.
문제점: 모든 코팅에는 비용이 추가되고, 처리 단계가 추가되며, 잠재적인 실패 모드가 발생합니다. 접착 실패. 코팅 크레이징. 기판과 코팅 사이의 열팽창 불일치로 인해 박리가 발생합니다. 코팅된 제품은 모재뿐만 아니라 전체적으로 자격을 요구하는 시스템이 됩니다.
안경의 경우 하드코팅은 기본적으로 보편적입니다. 산업용 글레이징의 경우, 코팅된 제품과 코팅되지 않은 제품 모두 적용 분야가 표면 마킹을 견딜 수 있는지 여부에 따라 시장이 있습니다.
필름 등급
얇은 폴리카보네이트 필름-은 전기 절연에서 인쇄 오버레이에 이르기까지 두께가 250μm~500μm에 이릅니다.
높은 선명도 변형은 광학 품질이 중요한 디스플레이 창, 멤브레인 스위치, 그래픽 오버레이에 사용됩니다. 무광택- 마감 버전은 전자 인터페이스의 눈부심을 줄여줍니다. Makrofol FR과 같은 난연성 필름 등급은 인쇄 및 성형이 가능하면서도 UL94 V-0을 달성합니다.
전기 절연 시장에서는 특히 폴리카보네이트 필름의 유전 강도, 낮은 수분 흡수성, 온도 변화에 따른 치수 안정성을 높이 평가합니다. Bayer가 2000년에 커패시터{1}}등급 필름 생산을 중단하기 전에는 폴리카보네이트 커패시터가-안정성이 높고 주파수 특성이 뛰어났습니다. 이후 해당 시장은 다른 유전체로 옮겨졌습니다.
이 모든 것이 어디로 향하고 있는가
BPA 대신 이소소르비드를 사용하는 바이오{0}}기반 폴리카보네이트가 등장합니다. 전 세계적으로 생산 능력은 연간 600만 미터톤을 초과하며 계속해서 증가하고 있습니다. 아시아-특히 중국-이 생산과 소비를 모두 장악하고 있습니다.
EV 전환은 경량 배터리 하우징, LED 조명 애플리케이션, 무게 감소로 주행 거리가 향상되는 투명 부품 등 상당한 새로운 수요를 창출하고 있습니다. 배터리 팩으로 더 많은 마일을 주행하려고 할 때는 킬로그램 하나가 중요합니다.
나노복합체 연구는 투명성을 유지하면서 긁힘 방지 기능을 향상시키는 것을 목표로 합니다.-이 목표는 현재 10년 동안 '거의 달성'되었습니다. 자가 치유 코팅 시스템은 실험실 환경에 존재하지만 상업적 규모에 도달하지는 못했습니다.
재활용은 여전히 문제가 있습니다. 폴리카보네이트는 기술적으로 열가소성이며 이론적으로는 재활용이 가능하지만 재처리 과정에서 열분해로 인해 분자량과 특성이 저하됩니다. 단량체로의 화학적 재활용은 원칙적으로는 가능하지만 경제적 실행 가능성을 달성하지 못했습니다. 대부분의-소비 후 폴리카보네이트는 바닥에 재활용 기호가 있음에도 불구하고 현재 매립지나 소각장으로 보내지고 있습니다.
1950년대 헤르만 슈넬(Hermann Schnell)과 다니엘 폭스(Daniel Fox)가 독립적으로 물질을 합성한 이후 근본적인 현실은 변하지 않았습니다. 기존의 열가소성 방법을 통해 투명하고 견고하며 가공 가능한 재료가 필요할 때 폴리카보네이트가 기본 대답으로 남아 있습니다. -사용 가능한 수천 가지 등급 중-구체적인 등급은 애플리케이션에 가장 중요한 속성 조합, 허용할 수 있는 제한 사항, 점진적인 개선을 위해 기꺼이 지불할 금액에 따라 달라집니다.